Типичные аварийные ситуации на строительных объектах России

Типичные аварийные ситуации на строительных объектах России
http://www.stroinauka.ru/biblio.asp?d=12&dc=12&dr=5197
Деформации примерно 65 % зданий и сооружений и более 70 % опасных техногенных процессов
возникают из-за ошибочных заключений изыскателей или обусловлены строительно-конструктивными и
эксплуатационными причинами. Установлено, что около 6 % зданий разрушались или имели аварийные
деформации в первые дни или месяцы их эксплуатации, 24 % — впервые 10 лет, 50 % — в последующие
25 лет и только 20 % зданий имеют возраст более 50 лет. Во всех этих случаях изменялись несущие
свойства пород оснований или причиной аварийных деформаций являлись опасные процессы. Рассмотрим
три примера типичных аварийных разрушений зданий и сооружений.
Аварийные деформации 7-этажного дома в Ростове-на-Дону. При изысканиях для строительства этого
дома в разрезе площадки были вскрыты насыпные грунты малой мощности, непросадочные лёссовидные
и моренные суглинки, глины твердой консистенции. Грунтовые воды до глубины 20 м не встречены.
Глубина заложения и ширина фундаментов были приняты разные: фундамент уличного фасада имел
глубину заложения 7,14 м и ширину 3,2 м, дворового фасада — 4,14 м и ширину 2,5 м. Участок
размещения дома представлял собой ровную спланированную территорию. С обеих сторон от
проектируемого дома располагались и успешно эксплуатировались (в течение 12 лет) дома аналогичного
типа. После сдачи дома в эксплуатацию начались деформации его фундаментов и несущих конструкций.
Несмотря на неоднократно проводившиеся работы по укреплению грунтов оснований и конструкций дома
(силикатизация грунтов, устройство металлических поясов и т. п.), эти деформации не прекращались.
Наблюдения за осадками здания на протяжении 1951—1962 гг. no казали, что фундамент дворового
фасада к 1962 г. осел на 27,4 мм, уличного — на 4,3 мм; верх здания отклонился от вертикали на 64 см.
Изысканиями по выявлению причин деформаций здания установлено, что дворовый фасад оказался
расположенным на месте оврага, засыпанного лёссовидными суглинками мощностью 10,3 м. В результате
увеличения влажности грунтов основания здесь сформировался оползневый блок. В зоне смещения
суглинки имели текучую консистенцию, угол внутреннего трения φ = 4—6°, сцепление — С= 0,014 МПа
(определены по схеме быстрого неконсолидированного сдвига). Борта оврага имели крутизну 40°, а его
тальвег — 8°. Утечки из водонесущих коммуникаций и суффозионное разуплотнение грунтов стали
причинами медленного сползания грунтов по тальвегу оврага к уровню вреза другого оврага, более
низкого порядка, расположенного рядом.
Ошибка изыскателей заключалась в том, что они не проанализировали историю формирования рельефа в
четвертичном периоде до образования покровных суглинков. Такой анализ позволил бы оконтурить
положение древней погребенной эрозионной сети и поместить дом за пределами оврага или принять иные
проектные решения, исключающие замачивание грунтов основания с устройством необходимых
удерживающих сооружений.
Аварийную ситуацию 9-зтажного жилого дома в Калуге (апрель 1992 г.) создали техногенные оползни
блокового типа. Дом расположен в пределах среднечетвертичной моренной равнины с отм. 170—201 м
вблизи эрозионных склонов р. Оки. Инженерно-геологические изыскания выполнялись в 1973 г. только на
площадке проектируемого дома, а расположенные ниже склоны не изучались. Основанием дома служили
моренные суглинки с прослоями супесей твердой консистенции, пески или глины. Вопросы о
необходимости прогнозов устойчивости ниже расположенных склонов и изменении этой устойчивости
при эксплуатации дома не возникали. Ошибочно считалось, что данные виды изысканий не требуются,
поскольку рядом уже несколько лет безаварийно эксплуатировались несколько 5-этажных жилых домов.
Аварийные деформации фундаментов 9-этажного дома начали проявляться на 10-м году его
эксплуатации. Для установления их причин в апреле 1992 г. трест «КалугаТИСИЗ» выполнил изыскания
на участке данного дома и примыкающих к нему склонах. На период этих изысканий склоны реки имели
выпукло-ступенчато-вогнутую (вогнутость внизу) форму. Они осложнены многочисленными
техногенными подрезками, выемками, замкнутыми западинами. В их средней части имелись два
подземных хранилища воды, водонасосная станция, дома частной застройки, водонесущие
коммуникации, хлораторная, линия связи, лестничные пролеты. Все эти сооружения были разрушены или
находились в аварийном состоянии. Обнаруженные морфологические признаки типичны для старых
оползневых склонов.
Прогнозы изменения инженерно-геологических условий территории под воздействием эксплуатации 9этажного дома, выполненные по материалам изысканий 1973 г., дали следующие результаты:






в полосе склонов шириной (поверху) 140 м, высотой 48 м (от уреза реки) отчетливо обособляется
оползнеопасный блок с максимальным объемом единовременных смещений 144 278 м3 при
средней мощности захвата грунтов 5,7 м. Наиболее вероятной поверхностью его смещения в
верхней части склона будут набухающие глины, а ниже — суффозионно-неустойчивые пески;
склоны имели запас устойчивости Ку= 1,15. При этом не исключались небольшие по объему
(сотни, реже, первые тысячи м3) оползни вязкопластического течения с захватом грунтов зоны
сезонного промерзания-оттаивания и промачивания в периоды затяжных водообильных дождей;
естественная влажность моренных суглинков твердой консистенции в условиях изменении их
плотностно-влажностного режима от веса здания повысится на 10—20 %, а их показатели сдвига
понизятся от значений 16° до 8° для угла внутреннего трения и от 0,014 до 0,006 МПа для
сцепления;
супеси твердой консистенции на период изысканий при техногенном увеличении их естественной
влажности на 4—6 % приобретут текучую консистенцию и способность вытекать из-под
фундаментов зданий, со склонов и откосов с образованием оползней вязкопластического течения
при углах внутреннего трения φ = 4...6°, сцеплении С= 0,002 МПа;
разнозернистые пылеватые пески — суффозионно-неустойчивые с выносом мелких и пылеватых
фракций в зону разгрузки подземных вод на поверхность склонов при градиентах их потока 0,01.
Такие градиенты возникают в периоды водообильных дождей или сбросов на склоны техногенных
поверхностных вод, аварийных утечек воды из водонесущих коммуникаций и т. п. Вследствие
этого в грунтах образовались зоны разуплотнения, сформировались поверхности смещения
оползней с ориентировочными объемами 25,4 тыс. 3;
на участках дренирования подземных вод на поверхность склонов в грунтах мощностью до 0,5 м
вероятно образование зон кольматации, так называемых водяных мешков, с эпизодическими
прорывами в виде грязевых потоков (оползни, сплывы или течения) объемами до 4,8 тыс.3. В
течение 9 лет эксплуатации такие грязевые прорывы на склонах отмечались неоднократно.
Таким образом, результаты прогнозных оценок устойчивости указанных склонов подтвердили, что они на
данном участке находятся в неустойчивом состоянии. Оползневые подвижки активизируются в периоды
водообильных затяжных дождей или сбросов аварийных бытовых вод на склоны. Построенные, хотя и с
опозданием, защитные сооружения позволили стабилизировать устойчивость склонов и вести безопасную
эксплуатацию этого дома и смежных с ним домов.
Аварийные разрушения фундаментов (куста свай, объединенных ростверком) химического комплекса
«Метанол М-750» в г. Губахе Пермской обл. в октябре 1983 г. — типичный пример ошибок изыскателей и
проектировщиков, из-за которых появились техногенные оползни на делювиальных склонах крутизной
5—6° долины р. Косьва. В пределах площадки комплекса согласно проекту созданы четыре террасы
(суммарный перепад высот составил 35 м, средний уклон заложения 1:12). В основании свайных
фундаментов до глубины 3,8—14,8 м залегали делювиально-элювиальные глины и суглинки, ниже —
аргиллиты нижнего карбона. Грунтовые воды типа «верховодки» вскрыты на глубинах 1—2,8 м;
горизонты подземных вод спорадического распространения встречены на глубинах 4,3—13,4 м. Они
имеют непостоянные расходы, обогащены сульфатными, железистыми и карбонатными соединениями,
содержание которых меняется по простиранию и глубине.
При планировке склона грунты на отдельных участках срезались и совместно с каменной наброской
отсыпались на откосах террас. Мощность такой подсыпки местами достигала 8 м. Для обеспечения
локальной устойчивости откосов были выполнены пластовые дренажи, нагорные канавы и ливневая
канализация. В период строительства и движения тяжелых грузовых автомашин (с оборудованием завода)
по террасам отмечались эпизодические грязевые прорывы грунтов из откосов объемами в сотни
кубических метров. Первая потеря устойчивости 2-го и 3-го откосов произошла осенью 1979 г., а через
некоторое время оползневые смещения повторились в откосах остальных террас, включая откос,
сформированный в коренных породах. Во время предэксплуатационной проверки всех сооружений завода
и прокачки газонесущих труб один из кустов свай, на которых размещались трубы, был разрушен (срезан)
оползнем выдавливания с поверхностью смещения на глубине 6 м, которая сформировалась в
высокодисперсных элювиальных глинах нижнего карбона.
Основными причинами ущербных проявлений оползней, образование которых в природных условиях
было бы невозможным, явились:



резкая пространственная изменчивость (анизотропия) несущих свойств элювиальных глинистых
грунтов и их способность при дополнительном техногенном обводнении переходить из твердого в
текучее состояние с полной потерей прочности на сдвиг и раздавливание;
способность глин приобретать свойство набухания при повышении их естественной влажности от
значений We = 0,15...0,39 (твердая и тугопластичная консистенция) до We= 0,7 (текучая
консистенция) при дополнительном техногенном обводнении с развитием деформаций
незатухающей ползучести и образованием на склонах и откосах оползней выдавливания;
неверно запроектированная и выполненная конструкция пластовых дренажных сооружений — из
однослойного щебенчатого грунта без учета пространственной изменчивости в грунтовых и
подземных водах содержания сульфатных, железистых и карбонатных соединений. Известно, что
воды такого состава в течение первых месяцев выхода в дренажные сооружения образуют в них
зоны кольматации, создавая в приповерхностной части откосов так называемые водяные мешки.
Они при достижении критической массы прорываются в виде грязевых оползней, что и отмечалось
многократно придвижении автотранспорта по террасам. Указанная конструкция дренажей
ухудшила гидрогеологические условия, что способствовало снижению устойчивости откосов.
Отмеченные ошибки изыскателей и проектировщиков являются типичными, и их учет позволит резко
сократить аварийные разрушения зданий
Журнал "Промышленное и гражданское строительство" »
Н.Л. Шешеня, д. г.-м. н., зав. отделом
Концепция инновационной деятельности »
Методика (методология) научных исследований »
No. 6/2005
20.10.2005